用于机动车辆的换挡器定位系统的制作方法

相关申请的交叉引用

此申请请求享有2016年5月26日提交的美国临时专利申请第62/341944号的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

本发明涉及用于机动车辆的换挡器组件，且具体而言涉及用于具有检测换挡杆位置的各向异性磁阻传感器的机动车辆的换挡器组件。

背景技术：

此部分中的陈述仅提供涉及本公开的背景信息，且可构成或可不构成现有技术。

在配备有自动变速器的机动车辆中，换挡机构通常包括安装在机动车辆的客舱内的换挡或控制杆。换挡杆由机动车辆的操作者使用以选择多个变速器操作模式中的一者。例如，这些变速器操作模式可包括驻车档(p)、倒档(r)、空档(n)、前进档(d)，且在一些构造中可包括低速档或手动模式(m)、手动调高档(m+)和手动调低档(m-)。为了选择变速器模式，机动车辆的操作者使换挡杆对应于p、r、n、d位置围绕旋转轴线移动。在一些构造中，换挡杆还可对应于m、m+、m-位置围绕第二旋转轴线移动。换挡器位置信号由换挡器定位系统产生且从换挡器定位系统传送至变速器，其中变速器选择对应于换挡杆位置的驾驶模式。换挡器位置信号可为物理信号或电信号。通常，换挡器位置信号可由特别配置成提供换挡杆位置的3-d映射的霍尔效应或光学传感器的组合产生。虽然这些系统可用于它们预期的目的，但在本领域中需要改进的换挡器定位系统，其不增加换挡器定位系统的成本或包装大小，同时还增加系统的精确性和稳健性且提供额外的冗余安全特征。

技术实现要素：

在本发明的一个方面，一种机动车辆中的换挡器组件包括换挡器壳。换挡器组件还包括具有第一端部和第二端部的换挡杆，换挡杆在第二端部处联接至换挡器壳。换挡杆可在第二端部处围绕枢转轴线旋转，且可在大体上平行于枢转轴线的方向上平移。换挡器组件还包括第一二维(2d)磁性传感器。换挡器组件还包括具有第一磁场的第一磁体。第一磁体在第一端部和第二端部之间联接至换挡杆，且第一磁体布置在第一2d磁性传感器附近。换挡器组件还包括第二2d磁性传感器。换挡器组件还包括具有第二磁场的第二磁体。第二磁体在第一端部和第二端部之间联接至换挡杆，且第二磁体布置在第二2d磁性传感器附近。第一磁场与换挡杆径向对准，且第二磁场垂直于第一磁场定向。第一2d磁性传感器在换挡杆旋转时检测第一磁场的角位移，且第二2d磁性传感器在换挡杆平移时检测第二磁场相对于枢转轴线的轴向位移。

在本发明的另一个方面，第一2d磁性传感器检测第一磁场的角度定向，且第二2d磁性传感器检测第二磁场的角度定向。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器和第二2d磁性传感器中的至少一者是各向异性磁阻(amr)传感器。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器和第二2d磁性传感器中的至少一者是霍尔效应传感器。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器和第二2d磁性传感器是amr传感器。

在本发明的还有另一个方面，第一磁体轴向地布置在第二磁体附近。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器构造成检测第一磁体的旋转运动。

在本发明的还有另一个方面，第二2d磁性传感器构造成检测第二磁体在轴向方向上相对于枢转轴线的运动。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器和第二2d磁性传感器构造成检测第一磁体和第二磁体在旋转方向和轴向方向两者上相对于枢转轴线的运动。

在本发明的还有另一个方面，一种机动车辆中的换挡器定位系统包括换挡器壳。换挡器定位系统还包括具有第一端部、第二端部和凸缘的换挡杆，换挡杆布置在换挡器壳内且在第二端部处可旋转地联接至换挡器壳。换挡杆在第二端部处具有枢转轴线，且在大体上平行于枢转轴线的方向上可平移地移动，且凸缘布置在换挡杆的第一端部和第二端部之间。换挡器定位系统还包括布置在换挡器壳内的电路板，电路板在与换挡杆的枢转轴线垂直的平面中布置在换挡杆附近。换挡器定位系统还包括布置在电路板的第一侧上且与电路板电气连通的第一二维(2d)磁性传感器。换挡器定位系统还包括具有第一磁场的第一磁体。第一磁体在第一端部和第二端部之间联接至换挡杆，且第一磁场与换挡杆径向对准，且第一磁体布置在第一2d磁性传感器附近，使得第一2d磁性传感器与第一磁体磁性连通。换挡器定位系统还包括布置在电路板的第二侧上且与电路板电气连通的第二2d磁性传感器。电路板的第二侧布置在凸缘附近。换挡器定位系统还包括具有第二磁场的第二磁体。第二磁体联接至换挡杆的凸缘，且第二磁场垂直于第一磁场定向。第二磁体布置在第二2d磁性传感器附近，使得第二2d磁性传感器与第二2d磁体磁性连通。第一2d磁性传感器检测第一磁场的角位移，且第二2d磁性传感器检测第二磁场相对于枢转轴线的轴向位移。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器检测第一磁场的角度定向，且第二2d磁性传感器检测第二磁场的角度定向。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器和第二2d磁性传感器中的至少一者是霍尔效应传感器。

在本发明的还有另一个方面，第一2d磁性传感器和第二2d磁性传感器是各向异性磁阻(amr)传感器。

在本发明的还有另一个方面，第一磁体轴向地布置在第二磁体附近。

在本发明的还有另一个方面，第一2d传感器构造成检测第一磁体的旋转位移。

在本发明的还有另一个方面，第二2d传感器构造成检测第二磁体的轴向位移。

在本发明的还有另一个方面，第一2d传感器和第二2d传感器构造成检测第一磁体和第二磁体在旋转方向和轴向方向两者上的运动。

在本发明的还有另一个方面，一种机动车辆中的换挡器定位系统包括换挡器壳。换挡器定位系统还包括具有第一端部、第二端部的换挡杆。换挡杆布置在换挡器壳内且在第二端部处可旋转地联接至换挡器壳。换挡杆在第二端部处具有枢转轴线，且在大体上垂直于枢转轴线的方向上可平移地移动。换挡器定位系统还包括布置在壳内的电路板。换挡器定位系统还包括布置在电路板上且与电路板电气连通的第一各向异性磁阻(amr)传感器。换挡器定位系统还包括具有第一磁场的第一磁体。第一磁体在第一端部和第二端部之间联接至换挡杆，第一磁场定向成与换挡杆径向对准，且第一磁体布置在第一amr传感器附近。换挡器定位系统还包括布置在电路板上且与电路板电气连通的第二amr传感器。换挡器定位系统还包括具有第二磁场的第二磁体。第二磁体在第一端部和第二端部之间联接至换挡杆，第二磁场垂直于第一磁场定向，且第二磁体布置在第二amr传感器附近，且第一amr传感器检测第一磁场的角位移，且第二amr传感器检测第二磁场的角位移。

在本发明的还有另一个方面，第一磁体轴向地布置在第二磁体附近。

在本发明的还有另一个方面，第一amr传感器轴向地布置在第一磁体附近，且第二amr传感器径向地布置在第二磁体附近。

附图说明

本文描述的附图仅为了说明目的，且不意在以任何方式限制本公开的范围。附图中的构件不一定按比例，而是重点放在说明本发明的原理。此外，在附图中，相似的参照标号贯穿视图指示相应的部分。在附图中：

图1是根据本发明的原理的用于具有换挡器定位系统的机动车辆的示例性换挡器组件的透视图；

图2是根据本发明的原理的用于具有换挡器定位系统的机动车辆的示例性换挡器组件的一部分的透视图；

图3a是根据本发明的原理的机动车辆的换挡器定位系统的一部分的放大透视图；

图3b是根据本发明的原理的用于机动车辆的换挡器定位系统的一部分的分解透视图;

图4是根据本发明的原理的用于机动车辆的换挡器定位系统的一部分的示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，换挡器组件大体上由参照标号100指出且示为在空档、激励的位置中，如将在下文中描述的那样。换挡器组件100在机动车辆(未示出)内使用。换挡器组件100由机动车辆的操作者控制以选择多个换挡位置中的一者。换挡位置可通过换挡器组件100的旋转或轴向运动来选择。换挡位置中的每一个对应于与换挡器组件100和机动车辆相关联的变速器(未示出)的操作模式。例如，换挡器组件100可包括驻车档(p)、倒档(r)、空档(n)和前进档(d)。应了解的是，换挡位置的数目以及相关联的变速器操作模式在不脱离本示例的范围的情况下可变化。例如，换挡器组件100还可包括手动模式m、m+和m-和/或高速档和低速档操作模式。换挡器组件100可与自动变速器或任何其它类型的变速器(包括手动变速器、无级变速器等)相关联。

换挡器组件100大体上包括换挡器壳101、换挡杆102、枢转部件104、第一磁体106、第二磁体108、凸缘110、电路板112、微控制器114、多个电气连接器116、第一传感器118和第二传感器120。

换挡杆102包括第一端部122和第二端部124。第一端部122和第二端部124之间的距离限定长度"l"。第一端部122连接至可由机动车辆的操作者使用的换挡把手126。换挡杆102在枢转部件104处枢转地安装至换挡器壳101。枢转部件104大体上是圆柱形且具有旋转轴线"a"。在一个方面，枢转部件104布置在换挡杆102的第二端部124处。在第一轴向位置中，换挡杆102在第一平面(未示出)中围绕枢转部件104旋转。换挡杆102可沿枢转部件104的轴线'a'平移到至少第二轴向位置，第二轴向位置与第一轴向位置轴向地间隔开。在第二轴向位置中，换挡杆102在平行于第一平面的第二平面(未示出)中围绕枢转部件104旋转。备选地，枢转部件104在第一端部122和第二端部124之间旋转地布置在换挡杆102的一部分内。

现在转到图3a和图3b，且继续参照图1和图2，第二磁体108布置在凸缘110上且由凸缘110支撑。凸缘110具有构造成接收换挡杆102的侧部130上的突出部134的接收器部分132。在一个方面，第一磁体106和支撑第二磁体108的凸缘110在换挡把手126和枢转部件104之间和/或在枢转部件104和第二端部124之间的位置处布置在换挡杆102的侧部130上。如图4中所示的那样，第一磁体106具有北极(n)和南极(s)且安装至换挡杆102的侧部130。北极(n)和南极(s)之间的示例性磁场线大体上由参考标号128指出。

凸缘110垂直于第一平面和第二平面且朝电路板112延伸。电路板112固定地布置在换挡器壳101中且平行于第一平面和第二平面定向。虽然换挡杆102能够在换挡器壳101内自由枢转，但电路板112保持在换挡器壳内的固定位置中。因此，虽然换挡杆102和电路板112位于平行平面中，但换挡杆102相对于电路板112移动。另外，电路板112经由多个电气连接器116与微控制器114电气连通。

第一传感器118在大致轴向地接近换挡杆102上的第一磁体106的位置处布置在电路板112上且与电路板112电气连通。第一传感器118是对磁场128的存在和角度位置敏感的各向异性磁阻(amr)传感器。因为amr传感器仅对磁场128的存在和角度定向敏感，故第一传感器118是稳健的。即，第一传感器118对温度变化、磁场128强度变化、污染或磁体老化效应不敏感。第一传感器118经由电路板112向微控制器114提供连续位置数据。第一传感器118和第一磁体106磁性连通。

第二传感器120在大致轴向地和/或径向地接近第二磁体108的位置处布置在电路板112上且与电路板112电气连通。第二传感器120对磁场128的存在敏感，且经由电路板112向微处理器114提供离散位置数据。第二磁体108与第二传感器120磁性连通。备选地，第二传感器120和第二磁体108可利用电气开关、机械开关、光学开关或能够检测换挡杆102的轴向运动的任何类型的装置替换。

再次参照图4，且进一步参照图1和图2，换挡杆102的枢转运动被更加详细地示出。换挡杆102在第一平面中围绕枢转部件104枢转，而电路板112和第一传感器118相对于换挡杆102和第一磁体106保持固定。在一个方面，车辆操作者操纵换挡把手126以使换挡杆102从第一位置p1移动至第二位置p2，和/或至第三位置p3。第二位置p2从第一位置p1移位角度θ，且第三位置p3从第一位置p1移位第二角度θ'。当换挡杆102的位置从第一位置p1改变至第二位置p2或第三位置p3从而横越第一角度θ或第二角度θ'时，由第一磁体106发出的磁场128的角度定向对于第二位置p2也改变相同的θ，且对于第三位置p3也改变相同的θ'。因为第一传感器118是amr传感器，故第一传感器118检测由第一磁体106产生的磁场128的定向的变化。当第一传感器118检测到由第一磁体106产生的磁场128的定向的变化时，第一传感器118将定向变化电子地传达至电路板112，电路板112将定向的变化传达至微控制器114。

在进一步的示例中，当车辆操作者使换挡把手126相对于枢转部件104轴向地移动时，换挡杆102沿枢转部件104轴向地平移。当换挡杆102相对于固定电路板112沿枢转部件104轴向地平移时，凸缘110和第二磁体108相对于固定电路板112轴向地移动。另外，换挡杆102的轴向平移使第二磁体108相对于固定电路板112上的第二传感器120轴向地移动。当第二传感器120通过由第二磁体108产生的磁场128的存在和/或强度来检测第二磁体108附近的变化时，第二传感器120将接近性变化电子地传达至电路板112，电路板112将接近性变化传达至微控制器114。微控制器114解译接近性变化且将输出信号发送至变速器。由第二传感器120产生的离散位置数据对应于至少两个换挡杆102轴向位置，其在下文中进一步论述。

微控制器114解译换挡杆102相对于第一磁体106和第二磁体108的轴向位置和角度定向的变化，且将输出信号发送至变速器。在一个方面，微控制器114将换挡杆102的角度定向的变化率和角度定向的变化解译为操作者引起的变速器操作模式请求。例如，如果换挡杆102的第一位置p1对应于空档驾驶模式，且第二位置p2对应于驻车档驾驶模式，然后当操作者使换挡杆102从p1移动至p2时，微控制器114将换挡杆102的角度定向变化解译为将驾驶模式从空档改变至驻车档的请求，且将命令变速器(未示出)从空档模式接合驻车档。微控制器114可基于换挡杆102的角度定向的变化率来确定变速器离合器应当接合的比率。微控制器114离合器接合确定可基于多个额外标准，诸如当前变速器操作模式、发动机速度、机动车辆速度以及噪声、振动和刺耳阀值。

此外，在一个方面，微控制器114将由第二传感器120产生的离散位置数据解译为换挡杆102的轴向位置的变化。换挡杆102的轴向位置的变化是操作者引起的变速器操作模式请求。例如，如果操作者使换挡杆102从第一平面内的位置轴向地移动至第二平面内的位置，则微控制器114可将轴向变化解译为将驾驶模式从自动模式改变至手动模式的请求。一旦在手动模式中，在第二平面中时改变换挡杆102的角度定向的操作者输入解译为传动比高于或低于当前变速器传动比的请求。在一个方面，应了解的是，虽然换挡杆102描述为沿枢转部件104轴向地平移，但换挡杆102还可通过枢转部件104在平行于旋转轴线'a'的平面中旋转。

另外参照图1至图4，换挡器组件100通过使用amr传感器以及第一传感器118和第二传感器120、微控制器114和变速器之间的线控换档(shift-by-wire)连通系统产生系统冗余。更特别地，因为amr是使用薄膜坡莫合金的磁阻效应的敏感磁场传感器，故第一传感器118包括内置数学证明校验。传感器包含两个平行的惠斯通电桥，其包围45度的敏感角度。在平行于传感器的表面中的旋转磁场128因此将传递独立的正弦输出信号，一个遵循sin(2θ)且另一个遵循cos(2θ)函数，其中θ是传感器和磁场128方向之间的机械角度。由amr传感器产生的角度测量提供第一冗余校验，其中角度测量传送至微控制器114。sin²θ和cos²θ相加，且如果所得的和等于1，然后微控制器114证明第一传感器118测量是准确的，且第一传感器118正确地操作。

例如，机动车辆的操作者选择对应于驻车档的第一平面中的换挡杆102位置，而机动车辆在高速率下移动。在示例中，amr传感器测量换挡杆102的角度θ，且判断sin²θ和cos²θ的和是否等于1，且如果是这样，则微控制器114证明第一传感器118测量是准确的，且第一传感器118正确地报告。进一步参照示例，即使角度测量是准确的，微控制器114通过将机动车辆速度与预定阀值机动车辆速度(在低于其的情况下驻车档变速器设置可接合)比较来提供额外冗余和安全校验。如果机动车辆速度尚未达到阀值机动车辆速度，则微控制器114将阻止变速器接合驻车档以避免对变速器的损害和对于机动车辆操作者的不安全操作情况。同样，如果操作者通过使换挡杆102轴向地移动到第二平面中且然后在第二平面内改变换挡杆102的角度定向来选择手动模式以请求对于当前机动车辆速度不合适的变速器传动比，然后微控制器114将在执行第一冗余校验之后使操作者请求类似地无效，如上文论述的那样，且然后将当前机动车辆速度与用于操作者请求的传动比的预定阀值速度比较。如果预定阀值速度尚未达到，则微控制器114将忽略操作者请求且阻止变速器接合操作者请求的传动比。

在一个方面，因为第一传感器118是amr传感器，且第一磁体106定位在换挡把手126和枢转部件104之间，换挡杆102的长度"l"允许换挡器组件100紧凑且amr传感器允许该组件便携、稳健且灵活。

上文描述的本公开的特征和构件本质上仅为示例性的。不脱离本公开的要点的变型意在处于本公开的范围内。此变型不认为脱离本公开的精神和范围。